JP2002530898A - L-band amplification using detuned 980 nm excitation light - Google Patents
L-band amplification using detuned 980 nm excitation lightInfo
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Abstract
(57)【要約】 既知の励起吸収帯を持った希土類ドープ利得媒質の放出スペクトルの長波長スペクトル領域(Lバンド)における、利得と励起光−信号光変換効率を改善した光増幅器の駆動方法であって、大信号入力強度を持つ光信号を、増幅器に与えるステップと、増幅する光信号に対して既知の励起吸収帯の中心波長とは異なった波長を持つ励起光を増幅器に与えるステップと、から成る光増幅器の駆動方法。信号利得と改善された励起光−信号光変換効率は、励起帯中心波長979-980nmから上下±0〜30nmの範囲内で離調した励起光により、エルビウムLバンド信号に対して実証された。光増幅器の駆動方法についても開示する。 (57) [Summary] A method for driving an optical amplifier having improved gain and pumping light-signal light conversion efficiency in a long wavelength region (L band) of an emission spectrum of a rare earth-doped gain medium having a known excitation absorption band, comprising a large signal input. Driving an optical amplifier, comprising: providing an optical signal having an intensity to the amplifier; and supplying the amplifier with pump light having a wavelength different from the known center wavelength of the excitation absorption band for the optical signal to be amplified. Method. Signal gain and improved pump-to-signal conversion efficiency have been demonstrated for erbium L-band signals with pump light detuned within ± 0-30 nm above and below the pump band center wavelength 979-980 nm. A method for driving an optical amplifier is also disclosed.
Description
【0001】[0001]
本発明は光増幅器に関し、特に離調した980nmの励起光を用いたLバンド増幅
の改善方法及び、係る方法を用いた装置に関する。The present invention relates to an optical amplifier, and more particularly to a method for improving L-band amplification using detuned 980 nm pump light, and an apparatus using the method.
【0002】[0002]
光通信サービス提供者は、より高いデータ能力及びより高速なデータ転送速度
を、顧客が現在及び将来に必要としているサービスとして、継続的に求めている
。システムで採用されている光増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器(
EDFA)のチャンネル密度は、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が使用可
能な利得波長帯幅により限定されている。マルチチャンネル増幅に対して、利得
フラットフィルタを、平坦化されたエルビウム利得スペクトルに適用した場合で
あっても、この波長幅は35nm程度になる。光ファイバ利用の、マルチチャンネル
システムのシステム能力を増加させる3つの技術として、(1)チャンネル当り
のビットレートを増やすこと、(2)チャンネル間隔を狭めてチャンネル数を増
やすこと、(3)利得媒質中の全利得/転送帯幅を増やしてチャンネル数を増やす
こと、が挙げられる。チャンネル当たりのビット数増加については、多くの既設
システムが現状のOC-48ビットレート(2.5Gb/s)を超えて動作させることは出
来ない為、常に実行可能な解決策ではない。同様に、ファイバの非線形性により
、チャンネル間隔を現在の50〜100GHz以下に狭めることは制限される。この様な
ことから、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)の利得帯幅を増加させる方
法は、チャンネル間隔やチャンネル当りのビットレートを保持しながらシステム
能力を増やす直接的な方策として認識されている。1990年には、アインスル(Ai
nslie)他により、長波長帯(1565〜1610nm)における、エルビウム利得波長の
有効性について研究がなされた。このことは、エレクトロニクスレターズ誌、第
26巻、1645-1646頁(1990年)の「高利得を有する1.6μ広域帯Er3+ドープ石英フ
ァイバ増幅器」(High gain, broadband 1.6 micron Er3+ doped silica fiber
amplifier, Electronics Letters, volume 26, pp. 1645-1646 (1990))に開示
されている。最近では、スリバスタ(Srivastava)他により、1.6ミクロン帯(
Lバンド)において、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)石英ファイバー
の応用が実証された。このことは、テクノロジーダイジェスト OFC 1998年、
ポストデッドライン紙 PD10-1、サンノゼ、カリフォルニア、1998年「実波長フ
ァイバによる400kmにわたる、チャンネルあたり、10Gb/sの100WDMチャンネルを
使用した1Tb/s伝送について」(1Tb/s transmission of 100 WDM 10 Gb/s chann
els over 400km of Truewave fiber, Tech. Dig OFC'98, Post deadline paper
PD10-1, San Jose, California, 1998)に開示されている。サン(Sun)他は、
一般的なCバンド(1530〜1560nm)とLバンドの両方に対する増幅器の分離バン
ド構造について論述し、80nmの総利得バンド幅を得た。このことは、PROC.OAA
、ポストデッドライン紙 PD2-2、ヴィクトリア、ブリティッシュコロンビア、
カナダ(1997年)の「80nmの帯域幅を有する、ウルトラワイド帯域エルビウムド
ープ石英ファイバ増幅器」( Ultrawide band erbium-doped silica fiber ampl
ifier with 80nm of bandwidth, PROC. OAA, Post deadline paper PD2-2, Vict
oria, BC Canada(1997))に開示されている。この様に、Lバンド増幅は、未
発展ではあるものの、光ファイバを利用した波長多重器(WDM)システム中で、
バンド幅制限の明確な解決法を提供している。Optical communication service providers are continually demanding higher data capabilities and higher data rates as the services customers need today and in the future. Optical amplifiers used in the system, especially erbium-doped fiber amplifiers (
The channel density of an EDFA is limited by the available gain wavelength bandwidth of an erbium-doped fiber amplifier (EDFA). Even when a gain flat filter is applied to a flattened erbium gain spectrum for multi-channel amplification, this wavelength width is about 35 nm. Three technologies to increase the system capacity of a multi-channel system using optical fiber are: (1) increasing the bit rate per channel, (2) increasing the number of channels by narrowing the channel spacing, and (3) gain medium. Increasing the total gain / transfer bandwidth inside to increase the number of channels. Increasing the number of bits per channel is not always a viable solution because many existing systems cannot operate above the current OC-48 bit rate (2.5 Gb / s). Similarly, the non-linearity of the fiber limits the narrowing of the channel spacing below the current 50-100 GHz. For this reason, the method of increasing the gain bandwidth of an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) has been recognized as a direct measure to increase system performance while maintaining channel spacing and bit rate per channel. In 1990, Ainsul (Ai
nslie) et al. studied the effectiveness of erbium gain wavelengths in the long wavelength band (1565-1610 nm). This is the subject of Electronics Letters,
Vol. 26, pp. 1645-1646 (1990) "1.6μ wide area band with a high gain Er 3+ doped silica fiber amplifier" (High gain, broadband 1.6 micron Er 3+ doped silica fiber
amplifier, Electronics Letters, volume 26, pp. 1645-1646 (1990)). Recently, Srivastava et al., 1.6 micron band (
In the L band), the application of erbium-doped fiber amplifier (EDFA) quartz fiber has been demonstrated. This is the technology digest OFC 1998,
Post-deadline paper PD10-1, San Jose, California, 1998, "1 Tb / s transmission of 100 WDM 10 Gb over 400 km over 100 km using 100 WDM channels per channel over real wavelength fiber" / s chann
els over 400km of Truewave fiber, Tech.Dig OFC'98, Post deadline paper
PD 10-1, San Jose, California, 1998). Sun and others,
The separation band structure of the amplifier for both the general C band (1530-1560 nm) and the L band was discussed, resulting in a total gain bandwidth of 80 nm. This is the same as PROC. OAA
, Post Deadline newspaper PD2-2, Victoria, British Columbia,
"Ultrawide band erbium-doped silica fiber amplifier with 80 nm bandwidth", Canada (1997)
ifier with 80nm of bandwidth, PROC.OAA, Post deadline paper PD2-2, Vict
oria, BC Canada (1997)). As described above, L-band amplification is an undeveloped, but in a wavelength division multiplexer (WDM) system using optical fibers,
It offers a clear solution to bandwidth limitations.
【0003】 当業者により次のことが知られている。すなわち、Lバンド領域(ここでは約
1560〜約1615nmのスペクトル領域と定義する)で動作するエルビウムドープファ
イバ増幅器(EDFA)は、通常約1530〜約1560nmの領域であって、非常に良く使用
されているCバンドにおいて動作するように設計された増幅器とは区別される特
徴を有する。この重要な特徴の中には、相対的フラット利得スペクトルが低反転
率である(0.4に対して0.6〜0.7)ことが挙げられ、エルビウムドープファイバ
長が、約300mを上限として、約75mと同等か又はそれ以上の長さが必要となるの
に対して、一般的なCバンド装置においては、約50mと同等か又はそれ以下とな
る。これは少なくとも、1560nm近辺よりも長波長に対しては、エルビウムの相対
的放出光断面積が小さいことに起因する。低反転増幅に対して必要とする、非常
に長いエルビウムドープファイバ長の意義は、大量逆進行増幅自然放出光(ASE
)光の生成にある。さらに、Lバンドを使用する環境の特徴は、980nm吸収帯に
励起波長を選択することに強く影響している。いずれにしても、エルビウムドー
プファイバ(EDFA)Lバンド増幅器は、第4世代通信の窓口として参照されるも
のの中で動作するシステムの為の、基本的な実施可能技術となっている。[0003] The following is known by those skilled in the art. That is, in the L band region (here, about
Erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) operating in the spectral region of 1560 to about 1615 nm are typically designed to operate in the very popular C-band, in the region of about 1530 to about 1560 nm. It has features that distinguish it from the described amplifier. Among the important features is that the relative flat gain spectrum has a low reversal rate (0.6-0.7 vs. 0.4), and the erbium-doped fiber length is equivalent to about 75m, up to about 300m While longer or longer lengths are required, typical C-band devices are equal to or less than about 50 m. This is because the relative emission cross section of erbium is small at least for wavelengths longer than around 1560 nm. The significance of the very long erbium-doped fiber length required for low-inversion amplification is that large-scale backward-propagating amplified spontaneous emission (ASE)
) In the generation of light. Further, the characteristics of the environment using the L band strongly influence the selection of the excitation wavelength for the 980 nm absorption band. In any case, erbium-doped fiber (EDFA) L-band amplifiers have become a fundamental enabling technology for systems that operate within what is referred to as a fourth generation communication window.
【0004】 主として、980nmの半導体励起レーザーダイオードが持つ波長の制約を緩和す
ることを企図した励起波長を、Cバンド増幅の為に、980nm帯域の離調した励起
波長を使用することは、多数の著者により報告されている。ペダーソン(Peders
on)他は小信号の利得とノイズ特性を、980nm帯域で励起されたエルビウムドー
プファイバ強度増幅器について、ファイバ長と励起波長の関数として測定した。
このことは、IEEE フォトニクステクノロジーレターズ誌、第4巻、第4、351-35
3頁(1992年4月)の「離調した980nm励起光によるエルビウムドープファイバ強
度増幅器の励起に対する利得とノイズ損失について」(Gain and Noise Penalty
for Detuned 980nm Pumping of Erbium-Doped Fiber Power Amplifiers, IEEE
Photonics Technology Letters, Vol.4, No.4, pp.351-353 (April 1992))に開
示されている。報告中では、1551nmのCバンド入力信号に対する出力信号が、励
起光波長が979nm吸収ピークから±20nmだけ離調されることにより、減少するこ
とを示した。 ペダーソン(Pederson)他は、1532nmと1551nmにおけるCバンド
入力信号について、複数の小信号エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)に及
ぼす、励起波長の離調の効果について検証した。このことは、IEEE フォトニク
ステクノロジーレターズ誌、第4巻、第6、556-558頁(1992年6月)の「980nm帯
域において励起された小信号エルビウムドープファイバ増幅器の利得及びノイズ
特性について」(Gain and Noise Properties of Small-Signal Erbium-Doped Fi
ber Amplifiers Pumped in the 980-nm Band, IEEE Photonics Technology Let
ters, Vol.4, No.6, pp. 556-558 (June 1992))の特に図2に開示されている。
パーシバル(Percival)他は、ファイバが正しい遮断波長を有するという条件下
で、980nmを中心波長として38nmの励起範囲の広がりを持った場合において、153
6nmでのCバンド入力信号に対する一定利得について報告した。このことは、エ
レクトロニクスレターズ誌 第27巻 第14、1266-1268頁(1991年7月)「966-10
04nm励起波長による一定利得を有するエルビウムドープファイバ増幅器」(Erbi
um-Doped Fibre Amplifier With Constant Gain For Pump Wavelengths Between
966 to 1004nm, Electronics Letters, Vol.27, No.14, pp.1266-1268(July 19
91))に特に開示されている。[0004] The use of a pump wavelength that is primarily intended to relieve the wavelength constraints of a semiconductor pump laser diode of 980 nm, and a detuned pump wavelength in the 980 nm band for C-band amplification, is numerous. Reported by the author. Pederson
on) et al. measured small signal gain and noise properties of erbium-doped fiber intensity amplifiers pumped in the 980 nm band as a function of fiber length and pump wavelength.
This is described in IEEE Photonics Technology Letters, Volume 4, Volume 4, 351-35.
Page 3 (April 1992), "Gain and Noise Loss for Excitation of Erbium-Doped Fiber Intensity Amplifier by Detuned 980 nm Pump Light" (Gain and Noise Penalty)
for Detuned 980nm Pumping of Erbium-Doped Fiber Power Amplifiers, IEEE
Photonics Technology Letters, Vol. 4, No. 4, pp. 351-353 (April 1992)). The report showed that the output signal for a C-band input signal at 1551 nm decreased as the excitation light wavelength was detuned by ± 20 nm from the 979 nm absorption peak. Pederson et al. Examined the effect of detuning the excitation wavelength on multiple small-signal erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) for C-band input signals at 1532 nm and 1551 nm. This is described in "Gain and Noise Characteristics of Small-Signal Erbium-Doped Fiber Amplifiers Pumped in the 980 nm Band" (Gain, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 4, pp. 556-558, June 1992). and Noise Properties of Small-Signal Erbium-Doped Fi
ber Amplifiers Pumped in the 980-nm Band, IEEE Photonics Technology Let
ters, Vol. 4, No. 6, pp. 556-558 (June 1992)), particularly in FIG.
Percival et al., Provided that the fiber had the correct cut-off wavelength, had an excitation range extension of 38 nm with a center wavelength of 980 nm.
A constant gain for C-band input signal at 6nm was reported. This is described in “Electronic Letters Vol. 27, Vol. 14, pp. 1266-1268 (July 1991)“ 966-10
Erbium-doped fiber amplifier with constant gain by 04nm pump wavelength ”(Erbi
um-Doped Fiber Amplifier With Constant Gain For Pump Wavelengths Between
966 to 1004nm, Electronics Letters, Vol.27, No.14, pp.1266-1268 (July 19
91)).
【0005】 本発明は、これら報告とは異なり、大信号入力強度のLバンド増幅に対する98
0nm励起離調光が持つ未評価の利点に関するものである。これら利点には、Lバ
ンド利得及び改善された励起信号変換効率が含まれている。ここでは、大信号入
力強度とは、飽和状態にあり、かつ入力信号強度には基本的には依存しない出力
信号強度を生み出している光増幅器に対して、入力される信号状態に関連してい
る。すなわち、出力信号強度は、励起強度に依存し、Pout = KPpump の関係
になる。ここでKは増幅効率を表している。一方で、小信号増幅が供給する出力
信号強度は、増幅または増幅器の利得によって、入力信号強度に依存し、Pout
= GPinとなる。これらのことについては、当業者の間でよく知られている。[0005] Unlike these reports, the present invention provides a method for large signal input strength L-band amplification.
This is related to the unevaluated advantage of 0 nm excitation detuning light. These benefits include L-band gain and improved pump signal conversion efficiency. Here, the large signal input strength is related to the input signal state for an optical amplifier that is in saturation and producing an output signal strength that is essentially independent of the input signal strength. . That is, the output signal strength depends on the excitation strength, and has a relationship of P out = KP pump . Here, K represents the amplification efficiency. On the other hand, the output signal strength and supplies the small signal amplification by the gain of the amplifier or amplifier, depending on the input signal strength, P out
= GP in . These are well known to those skilled in the art.
【0006】[0006]
本発明は方法と装置に関し、Lバンド光信号増幅を、離調された980nm帯によ
り励起することで改善することを含んでいて、利得及び励起光−信号光変換効率
を改善した方法と装置に関する。更なる発明の特徴及び利点は、次の説明で述べ
ることとし、発明の実施により明らかになるはずである。発明の目的と他の利点
については、特に記載した説明や請求項、さらに図の中で示した装置と方法によ
り実現されている。The present invention relates to a method and apparatus, including improving L-band optical signal amplification by pumping with a detuned 980 nm band to improve gain and pump-to-signal light conversion efficiency. . Further features and advantages of the invention will be set forth in the following description, and will be apparent from the practice of the invention. The objects and other advantages of the invention will be realized and attained by the particularly particularly pointed out description and appended claims, as well as the devices and methods illustrated in the drawings.
【0007】[0007]
本発明の実施例は、長波長スペクトル領域、つまり約1560〜約1615nmの領域、
での光信号増幅に関する光増幅器の駆動方法に関する。このスペクトル領域は、
以下に言及されており、かつ当業者の間では、希土類ドープ利得媒質のLバンド
として知られている領域でもある。希土類ドープ利得媒質は、約980nmを中心と
した励起吸収帯と、約1480nmを中心とした吸収帯とを有することは知られており
、前者は本発明において非常に重要である。この実施例では、大信号強度を持つ
光信号を増幅器へ入力すること、及び既知の励起吸収帯の中心波長とは異なる波
長を持つ励起光により利得媒質を励起することを含んでいる。この実施例の様々
な側面において、既知の励起吸収帯の中心波長が約980nmであって、利得媒質は
希土類ドープ光ファイバ、好ましくはエルビウムドープファイバの導波路であっ
て、励起光波長は、中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、好ましくは中心波
長の上下5〜30nmの範囲にあって、一般に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同
等かそれ以上の長さを持っている。Embodiments of the present invention are directed to the long wavelength spectral region, i.e., the region from about 1560 to about 1615 nm,
The present invention relates to a method of driving an optical amplifier for amplifying an optical signal in the optical amplifier. This spectral region is
It is also referred to below and is known to those skilled in the art as the L-band of the rare earth doped gain medium. It is known that a rare-earth-doped gain medium has an excitation absorption band centered at about 980 nm and an absorption band centered at about 1480 nm, the former being very important in the present invention. This embodiment includes inputting an optical signal having a large signal intensity to the amplifier and pumping the gain medium with pump light having a wavelength different from the known center wavelength of the pump absorption band. In various aspects of this embodiment, the center wavelength of the known pump absorption band is about 980 nm, and the gain medium is a waveguide of a rare earth-doped optical fiber, preferably an erbium-doped fiber, wherein the pump light wavelength is The gain medium is between 0 and 30 nm above and below the wavelength, preferably between 5 and 30 nm above and below the center wavelength, and generally the gain medium between 100 and 300 m has a length equal to or greater than about 75 m .
【0008】 本発明の別の実施例は、既知の励起吸収帯をもつ希土類ドープ利得ファイバ放
出スペクトルのLバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、励
起する光信号信号に対応した既知の励起吸収帯の中心波長からは離調した励起光
を増幅器に与えるステップが含まれている。ここで、離調した励起光は、励起中
心波長から得られた出力信号強度よりも、強い強度を有する増幅出力信号を供給
するように作用する。この実施例の様々な側面において、既知の励起吸収帯は約
980nmであって、利得媒質が、好ましくはエルビウムドープファイバである希土
類ドープ光ファイバの導波路であって、励起光波長は、中心波長から上下0〜30n
mの範囲内にあり、好ましくは中心波長から上下5〜30nmの範囲内にあって、一般
に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同等かそれ以上の長さを持っている。Another embodiment of the present invention is directed to a method of driving an optical amplifier that amplifies an optical signal in the L band of a rare earth doped gain fiber emission spectrum having a known pump absorption band.
The method includes the steps of inputting an optical signal having a large signal input intensity to the amplifier, and providing the amplifier with pump light detuned from the center wavelength of a known pump absorption band corresponding to the optical signal signal to be pumped. include. Here, the detuned pump light acts to supply an amplified output signal having a stronger intensity than the output signal strength obtained from the pump center wavelength. In various aspects of this embodiment, the known excitation absorption band is about
980 nm, the gain medium is a waveguide of a rare earth-doped optical fiber, preferably an erbium-doped fiber, and the excitation light wavelength is 0 to 30 n above and below the center wavelength.
m, and preferably in the range 5-30 nm above and below the center wavelength, and generally between 100-300 m, the gain medium has a length equal to or greater than about 75 m.
【0009】 他の実施例においては、既知の励起吸収帯をもつ希土類ドープ利得ファイバ放
出スペクトルのLバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、既
知の励起吸収帯の中心波長から離調した波長を持つ励起光により利得媒体を励起
するステップが含まれている。ここで、励起光の方向とは反対方向に進行する増
幅自然放出光(ASE)は、励起帯中心波長で測定された反対進行増幅自然放出光
(ASE)よりも少なく測定される。Another embodiment relates to a method of driving an optical amplifier that amplifies an optical signal in the L band of a rare earth doped gain fiber emission spectrum having a known pump absorption band.
The method includes the steps of inputting an optical signal having a large signal input strength to an amplifier and pumping a gain medium with pump light having a wavelength detuned from a known center wavelength of a pump absorption band. . Here, the amplified spontaneous emission light (ASE) traveling in the direction opposite to the direction of the excitation light is measured to be less than the opposite traveling amplified spontaneous emission light (ASE) measured at the excitation band center wavelength.
【0010】 さらに実施例としては、放出スペクトルを有し、放出スペクトルのLバンド領
域に増幅したい入力光信号、ここでは大入力信号強度を持つ光信号、に対応する
既知の励起吸収波長を有する希土類ドープ利得ステージと、励起吸収帯の中心波
長から異なる波長を使用した励起光源と、から成り、利得ステージと接続されて
いる増幅器に関する。増幅器から出力された増幅信号は、実質上、励起中心波長
による励起に起因した出力信号よりも、離調した励起波長による出力信号強度の
ほうが強力である。この実施例の様々な側面においては、励起中心波長は約980n
mであって、離調した励起波長は、この中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、
好ましくは励起中心波長の上下5〜30nmの範囲にある。A further embodiment is a rare earth having a known excitation absorption wavelength corresponding to an input optical signal having an emission spectrum and desired to be amplified in the L band region of the emission spectrum, here an optical signal having a large input signal intensity. The present invention relates to an amplifier comprising a doped gain stage and a pump light source using a wavelength different from the center wavelength of the pump absorption band, and connected to the gain stage. The amplified signal output from the amplifier is substantially stronger in the output signal strength due to the detuned excitation wavelength than the output signal due to the excitation at the excitation center wavelength. In various aspects of this embodiment, the excitation center wavelength is about 980 n
m, the detuned excitation wavelength is in the range of 0-30 nm above and below this center wavelength,
It is preferably in the range of 5 to 30 nm above and below the excitation center wavelength.
【0011】 前述の概要説明と以下の詳細な説明は例示的であり、特許請求された発明の更
なる説明をなすものである。 添付図面には発明の更に理解を深める内容であって、発明の実施例を示し、こ
の明細書の一部となっていて、発明の原理の説明をなすものである。[0011] The foregoing summary description and the following detailed description are exemplary, and provide a further description of the claimed invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which provide further understanding of the invention, illustrate embodiments of the invention and are a part of this specification and illustrate the principles of the invention.
【0012】[0012]
図1は、光学信号出力強度と、遡行増幅自然発光(ASE)と、励起強度と、残
励起強度と、を測定するための実験装置である。図1中に概略的に示された装置
を用いることで、約980nmに吸収ピークを持つ励起波長を変化させた場合におけ
る影響を、大きな入力強度を持ち、かつエルビウムLバンド中の光学信号に対し
て、詳細に実験した。同調自在なTiサファイアポンプレーザ12は(示されていな
いが、励起にはArイオンレーザによって励起される)、光学素子14により、3dB
カプラ16のピグテイル32に接続された。入力励起光の半分は、3dBカプラ16から
、図1の2重ダイアモンド印で示された強度検出器18に導いた。残励起光は、波
長多重器(WDM)20から、100mのタイプIエルビウムファイバから成る、活性増
幅ファイバ26へと導かれた。DFBレーザ22は、光信号源として用いられ、1565nm
の飽和信号を出力した。この飽和信号は、アイソレータ24を通過し、更にタップ
カプラ28を通過して、波長多重器(WDM)20により活性ファイバ26に供給された
。活性ファイバ26の下流にある波長多重器(WDM)36は、増幅光学信号をアイソ
レータ38を経て伝搬し、光学バンドパスフィルタ40を通過し、光学信号出力強度
を測定する強度モニタ(図示されていない)に送られた。一方、残励起強度は波
長多重器(WDM)36から二重ダイヤモンド印により示された強度モニタ42に供給
された。光学バンドパスフィルタは、1565nm(信号波長)に中心があり、1nm‐3
dBの帯域幅を持っている。FIG. 1 shows an experimental apparatus for measuring the optical signal output intensity, backward amplified spontaneous emission (ASE), excitation intensity, and residual excitation intensity. By using the device schematically shown in FIG. 1, the effect of changing the excitation wavelength having an absorption peak at about 980 nm is affected by the large input intensity and the optical signal in the erbium L band. And experimented in detail. A tunable Ti sapphire pump laser 12 (not shown, but pumped by an Ar ion laser) provides 3 dB
Connected to pigtail 32 of coupler 16. Half of the input pump light was directed from the 3 dB coupler 16 to an intensity detector 18 indicated by the double diamond in FIG. The residual pump light was guided from a wavelength multiplexer (WDM) 20 to an active amplification fiber 26 consisting of 100 m of type I erbium fiber. DFB laser 22, used as an optical signal source, 1565nm
Was output. This saturated signal passed through an isolator 24 and a tap coupler 28, and was supplied to an active fiber 26 by a wavelength multiplexer (WDM) 20. A wavelength multiplexer (WDM) 36 downstream of the active fiber 26 propagates the amplified optical signal through an isolator 38, passes through an optical bandpass filter 40, and measures an optical signal output intensity (not shown). ) Sent to. On the other hand, the residual excitation intensity was supplied from a wavelength multiplexer (WDM) 36 to an intensity monitor 42 indicated by a double diamond mark. The optical bandpass filter is centered at 1565nm (signal wavelength) and 1nm-3
Has a dB bandwidth.
【0013】 当業者には良く知られているが、増幅自然放出光(ASE)は励起光による励起
に起因して活性ファイバ26中で発生し、この増幅自然放出光(ASE)の一部は反
対方向、つまり入力光学信号に抗する方向に進行する。この遡行増幅自然放出光
(ASE)は、波長多重器(WDM)20から、導波路34を経路し、タップカプラ28へ進
み、カプラ28を通った内、5%の遡行増幅自然放出光(ASE)が、二重ダイアモ
ンド印によって強度モニタ30に入力された。本発明の例示的な実施例では、DFB
レーザ22から出力される光信号は1565nmに調整された。この信号波長下で、4組
の測定データが、入力信号強度を、a)2.0dBm、 b)0.15dBm、 c)-4.93dBm、d)-9.
91dBmに変化させることによって得られた。なお、いずれの設定条件ともエルビ
ウムドープファイバ26の飽和には十分である。出力強度は、光ファイバの出力点
で測定され、波長多重器(WDM)(0.5dB)、アイソレータ(0.6dB)、 及び光学バン
ドパスフィルタ(1.4dB)に起因する受動損失が含まれている。As is well known to those skilled in the art, amplified spontaneous emission (ASE) is generated in the active fiber 26 due to excitation by the excitation light, and a portion of this amplified spontaneous emission (ASE) It travels in the opposite direction, that is, in the direction against the input optical signal. This backward amplified spontaneous emission light (ASE) travels from the wavelength multiplexer (WDM) 20 through the waveguide 34 to the tap coupler 28, and after passing through the coupler 28, 5% of the backward amplified amplified spontaneous emission light (ASE) ) Was entered into the intensity monitor 30 by a double diamond mark. In an exemplary embodiment of the invention, the DFB
The optical signal output from the laser 22 was adjusted to 1565 nm. Under this signal wavelength, four sets of measurement data indicate the input signal strength as a) 2.0 dBm, b) 0.15 dBm, c) -4.93 dBm, d) -9.
Obtained by changing to 91 dBm. Note that any of the setting conditions is sufficient for saturation of the erbium-doped fiber 26. Output power is measured at the output of the optical fiber and includes passive losses due to wavelength division multiplexers (WDM) (0.5 dB), isolators (0.6 dB), and optical bandpass filters (1.4 dB).
【0014】 励起レーザ12は20dBm(+/-0.3dB)の一定強度を持った調整自在な出力信号を供
給した。ケースC)の場合、チャンネル当りの入力強度が-20dBmの32チャンネルに
ほぼ相当しており、励起波長を980nmから954nm(-26nm)または1007nm(+27nm)にチ
ューニング調整した結果、出力信号強度は3dBの増加が見られた。この様な励起
光−信号光変換効率の増加が図2に示されている。図2には、前述した(a)、 (b
)、 および(d)の各ケースごとの信号強度と励起波長の関係も示しており、入力
信号強度の4つのケースa〜dに対するそれぞれの最小利得値は13dB、 14.6dB、 1
7.2dB及び19.4dBに相当している。980nm励起吸収帯の中心波長から離調した励起
波長の関数として、信号強度が増加することは、少なくとも一部は、遡行増幅自
然放出光(ASE)の減少によるものと考える。図3中に遡行増幅自然放出光(ASE
)の測定値を示す。遡行増幅自然放出光(ASE)はコイル長にも依存している。
前述した通り、エルビウムドープファイバ26は100mの長さを持ち、全ての光入力
信号強度は前述した通りの大入力信号である。図2に示された離調した励起光波
長と出力信号強度への影響は、自己飽和状況(すなわち小信号入力強度を用いた
状況)で使用するCバンド増幅器に関して、既に報告されている研究結果と同様
である。しかしながら、この結果については実用的な興味はない。エルビウムフ
ァイバ中の励起光吸収も現れて、記載された現象の中で、一定の役割をなす。我
々は、遡行増幅自然放出光(ASE)強度と励起吸収は依存しないと仮説を立てて
いる。測定していないが、我々は、励起波長が、利得媒質の前方端反転の減少に
より、吸収ピークから離調するに従い雑音値は増大すると期待している。The pump laser 12 provided a tunable output signal with a constant intensity of 20 dBm (+/− 0.3 dB). In case C), the input intensity per channel is approximately equivalent to 32 channels of -20 dBm, and as a result of tuning the excitation wavelength from 980 nm to 954 nm (-26 nm) or 1007 nm (+27 nm), the output signal intensity becomes A 3dB increase was seen. Such an increase in the efficiency of pumping light-signal light conversion is shown in FIG. FIG. 2 shows (a) and (b) described above.
), And (d) also show the relationship between the signal intensity and the excitation wavelength for each case, and the minimum gain values of the input signal intensity for the four cases a to d are 13 dB, 14.6 dB, 1
It corresponds to 7.2 dB and 19.4 dB. The increase in signal intensity as a function of the excitation wavelength detuned from the center wavelength of the 980 nm excitation absorption band is attributed, at least in part, to a decrease in retrograde amplified spontaneous emission (ASE). Figure 3 shows the retrograde amplified spontaneous emission light (ASE
) Shows the measured values. The backward amplified spontaneous emission (ASE) also depends on the coil length.
As described above, the erbium-doped fiber 26 has a length of 100 m, and all optical input signal intensities are large input signals as described above. The effect on detuned pump light wavelength and output signal strength shown in FIG. 2 is due to previously reported research results for C-band amplifiers used in self-saturating situations (ie, situations using small signal input strength). Is the same as However, there is no practical interest in this result. Excitation light absorption in erbium fibers also appears and plays a role in the described phenomenon. We hypothesize that retrograde amplified spontaneous emission (ASE) intensity and excitation absorption are independent. Although not measured, we expect that the noise value will increase as the pump wavelength detunes from the absorption peak due to a decrease in the front end reversal of the gain medium.
【0015】 前述した例示的な実施例によると、励起吸収帯中心波長の上下0〜30nmの領域
の内、+27又は-26nmだけ離調した励起波長が、Lバンド信号増幅を使用した環境
の中で、改善された利得及び変換効率をもたらした。特に、1565nmにおいて、-4
.93dBmの入力信号強度の場合、3dBの改善が、980nm励起中心波長から離調した波
長により得られた。上述した利点に加え、技術的問題(例えば熱損失)や販売の
問題(例えば利用性や価格)を伴う1480nm励起光から、Lバンド増幅器中におけ
る、離調980nm励起レーザダイオードに変更できる場合があり得る。According to the above-described exemplary embodiment, in the range of 0 to 30 nm above and below the center wavelength of the excitation absorption band, the excitation wavelength detuned by +27 or -26 nm is used in an environment using L-band signal amplification. In, it has provided improved gain and conversion efficiency. In particular, at 1565 nm, -4
For an input signal strength of .93 dBm, a 3 dB improvement was obtained with a wavelength detuned from the 980 nm excitation center wavelength. In addition to the advantages described above, it may be possible to change from a 1480nm pump light with technical issues (eg heat loss) or sales issues (eg availability or price) to a detuned 980nm pump laser diode in an L-band amplifier. obtain.
【0016】 図4に図示した発明の別の実施例によれば、光増幅器80は、好ましくはエルビ
ウムドープファイバの希土類ドープファイバ利得ステージ82を含んでいる。希土
類ドープファイバ利得ステージは、図5に示したLバンド放出スペクトルを有し
、更に希土類ドープファイバ利得ステージは、入力信号を増幅するに対応する約
980nmに中心がある既知の励起波長吸収帯を持っている。その入力信号は、利得
媒質を飽和できる大きな入力信号強度を持っていて、かつその波長は、長波長領
域である放出スペクトル領域、好ましくは約1560〜1615nmまで広がっているLバ
ンド領域中にある。980nmの励起帯に光を供給する励起光源84は、980nmの中心波
長から離調した波長、好ましくは中心波長から+/-5〜30nmの範囲の波長において
動作する。図示された通り、励起光はカプラ86を通じてエルビウムドープファイ
バに導入される。他の励起方法も可能である。例えば、離調励起領域において、
残前方進行(つまり信号と共に伝搬する)励起光強度を用いる場合、励起光リフ
レクタを使用することで、この残励起光を、反対伝播方向へとファイバ中に再注
入し、また、活性ファイバの入力方向へ反転させることも可能である。これは当
業者では知られた方法である。同一または反対方向の励起光も考慮される。反対
方向の励起光単独では、前方端反転を高く維持する必要性により、増幅器の良い
ノイズ特性対しては、有益とは思えない。According to another embodiment of the invention illustrated in FIG. 4, optical amplifier 80 includes a rare earth-doped fiber gain stage 82, preferably of erbium-doped fiber. The rare earth-doped fiber gain stage has the L-band emission spectrum shown in FIG. 5, and the rare earth-doped fiber gain stage has approximately a corresponding gain to amplify the input signal.
It has a known excitation wavelength absorption band centered at 980 nm. The input signal has a large input signal strength that can saturate the gain medium, and its wavelength is in the emission spectral region, which is a long wavelength region, preferably in the L band region extending from about 1560 to 1615 nm. An excitation light source 84 that supplies light to the 980 nm excitation band operates at a wavelength detuned from the center wavelength of 980 nm, preferably in the range of +/- 5 to 30 nm from the center wavelength. As shown, the excitation light is introduced into the erbium-doped fiber through the coupler 86. Other excitation methods are possible. For example, in the detuning excitation region,
In the case of using the pumping light intensity of the forward traveling (that is, propagating with the signal), using the pumping light reflector, the remaining pumping light is re-injected into the fiber in the counter-propagating direction, and the input of the active fiber is used. It is also possible to reverse the direction. This is a method known to those skilled in the art. Pump light in the same or opposite direction is also considered. The pump light in the opposite direction alone does not seem to be beneficial for the good noise characteristics of the amplifier due to the need to keep the front end inversion high.
【0017】 これまでに述べた本発明の方法に関する例示的な実施例は、ここで説明された
増幅器の実施例に十分に応用される。 当業者にとっては、発明の精神と範囲を離れることなく、様々な改良と変更が
、本発明の装置及び方法においてなされることは明白である。従って、請求項と
、またはそれと同等の範囲内にある限り、発明の改良及び変更も本発明が包含す
ることが企図されている。The above-described exemplary embodiments of the method of the present invention are fully applicable to the amplifier embodiments described herein. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the apparatus and method of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims or their equivalents.
【図1】励起強度と、出力信号強度と、遡行増幅自然発光および残励起強度を測
定する為の、本発明による実験的な装置の実施例を示した全体図である。FIG. 1 is a general view showing an embodiment of an experimental apparatus according to the present invention for measuring excitation intensity, output signal intensity, backward amplified spontaneous emission, and residual excitation intensity.
【図2】本発明の4つの入力信号強度に対して、励起波長の関数として、出力信
号強度を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing output signal strength as a function of pump wavelength for four input signal strengths of the present invention.
【図3】本発明の実施例による4つの入力信号強度に対して、励起波長に対する
遡行増幅自然発光強度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph illustrating a retro-amplified spontaneous emission intensity with respect to an excitation wavelength for four input signal intensities according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の増幅器の実施例の全体図である。FIG. 4 is an overall view of an embodiment of the amplifier of the present invention.
【図5】タイプIエルビウムファイバの代表的な放出特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing typical emission characteristics of a type I erbium fiber.
18 強度検出器 26 希土類ドープファイバ 30 強度検出器 42 強度モニタ 82 希土類ドープファイバ 84 励起光光源 86 カプラ 18 Intensity detector 26 Rare earth doped fiber 30 Intensity detector 42 Intensity monitor 82 Rare earth doped fiber 84 Excitation light source 86 Coupler
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AE,AL,A M,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY ,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE, ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,H U,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP ,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU, LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,N Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI ,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, UZ,VN,YU,ZA,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE , GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, U G, UZ, VN, YU, ZA, ZW
Claims (19)
長波長スペクトル領域(Lバンド)における、利得と励起光−信号光変換効率を
改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)前記既知の励起吸収帯の中心波長からは異なる励起光波長を持つ励起光を 、前記増幅器に与えて、前記光信号を増幅するステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。1. A method for driving an optical amplifier for improving gain and pump light-signal light conversion efficiency in a long wavelength region (L band) of a rare earth doped gain medium emission spectrum having a known pump absorption band, (a) providing an optical signal having a large signal input intensity to the amplifier; (b) providing the amplifier with pump light having a pump light wavelength different from the center wavelength of the known pump absorption band; A method for driving an optical amplifier, comprising: amplifying a signal.
範囲にあることを特徴とする請求項1記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein said excitation light wavelength is in a range of about ± 30 nm from a center wavelength of a known excitation absorption band.
mの範囲にあることを特徴とする請求項2記載の方法。3. The excitation light wavelength is about ± 5 to 30 n from the center wavelength of a known excitation absorption band.
3. The method according to claim 2, wherein the distance is in the range m.
徴とする請求項1記載の方法。4. The method of claim 1, wherein said amplifier comprises a rare earth doped fiber gain medium.
ビウムを含むことを特徴とする請求項4記載の方法。5. The method of claim 4, wherein said rare earth doped fiber includes erbium as an excitation light absorbing dopant.
それ以上の長さを持つことを特徴とする請求項4記載の方法。6. The method of claim 4, wherein the rare earth doped fiber of the amplifier has a length equal to or greater than about 75 m.
とする請求項2記載の方法。7. The method of claim 2, wherein the center wavelength of the known excitation absorption band is about 980 nm.
とする請求項3記載の方法。8. The method of claim 3, wherein the center wavelength of the known excitation absorption band is about 980 nm.
る請求項1記載の方法。9. The method of claim 1, wherein said L band is a band from about 1565 to about 1615 nm.
ルの長波長スペクトル領域(Lバンド)において、利得と励起光−信号光変換効
率を改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)既知の励起吸収帯の中心波長からは離調された波長を持つ励起光を前記増幅 器に与えて光信号を増幅して、励起帯中心波長での増幅信号強度に比べて、 離調した励起波長の増幅信号強度値の方を大きくするステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。10. A method for driving an optical amplifier for improving gain and pump light-signal light conversion efficiency in a long wavelength region (L band) of an emission spectrum of a rare earth doped gain medium having a known pump absorption band. (A) providing an optical signal having a large signal input intensity to an amplifier; and (b) providing an optical signal having a wavelength detuned from the center wavelength of a known excitation absorption band to the amplifier. And amplifying the amplified signal intensity value at the detuned pump wavelength as compared with the amplified signal intensity at the center wavelength of the pump band.
±5〜30nmの範囲において、中心波長から離調させることを特徴とする請求項1
0記載の方法。11. The method according to claim 1, wherein the step of applying the pumping light to the amplifier detunes the pumping light wavelength from a center wavelength in a range of about ± 5 to 30 nm.
0. The method of claim 0.
記載の方法。12. The method of claim 10, wherein the center wavelength is about 980 nm.
The described method.
する請求項10記載の方法。13. The method according to claim 10, wherein said L band is a band of about 1565 to about 1615 nm.
ルの長波長スペクトル領域(Lバンド)において、利得と励起光−信号光変換効
率を改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)前記既知の励起吸収帯の中心波長からは離調された波長を持つ励起光を、前 記増幅器に与えて、前記励起光とは反対方向に進行する増幅自然放出光(AS E)の測定値が、励起帯中心波長の増幅自然放出光(ASE)測定値よりも、 離調した励起波長の測定値の方を低くするステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。14. A method for driving an optical amplifier, which improves gain and pump light-signal light conversion efficiency in a long wavelength region (L band) of an emission spectrum of a rare earth doped gain medium having a known pump absorption band. (A) providing an amplifier with an optical signal having a large signal input intensity; and (b) providing the amplifier with a pump light having a wavelength detuned from the center wavelength of the known pump absorption band. The measured value of the amplified spontaneous emission light (ASE) traveling in the opposite direction to the excitation light is larger than the measured value of the amplified spontaneous emission light (ASE) at the center wavelength of the excitation band. A method of driving an optical amplifier.
を、前記中心波長から約±5〜30nmの範囲において離調させることを特徴とする
請求項14記載の方法。15. The method of claim 14, wherein the step of providing the pumping light to the amplifier detunes the pumping light wavelength in a range from about ± 5 to 30 nm from the center wavelength.
記載の方法。16. The center wavelength is about 980 nm.
The described method.
する請求項14記載の方法。17. The method of claim 14, wherein the L band is a band between about 1565 and about 1615 nm.
ペクトルの長波長領域における波長を有する信号と、大入力信号を有する入力信
号と、を増幅する希土類ドープ利得ステージと、 前記利得ステージに接続されて、前記励起吸収帯の中心波長からは異なる値の駆
動波長を放出する励起光光源と、から成り、増幅された出力信号強度は、駆動波
長が前記中心波長と実質的にほぼ同一である場合の出力信号よりも、離調した駆
動波長における場合の方が、強い強度を持つことを特徴とする光増幅器。18. A rare earth-doped gain stage having an emission spectrum and a known excitation wavelength absorption band and amplifying a signal having a wavelength in the long wavelength region of the emission spectrum and an input signal having a large input signal. An excitation light source connected to the gain stage and emitting a drive wavelength different from the center wavelength of the pump absorption band, wherein the amplified output signal intensity is such that the drive wavelength is substantially equal to the center wavelength. An optical amplifier having a stronger intensity at a detuned drive wavelength than an output signal at almost the same wavelength.
であって、前記中心波長は、約980nmであり、かつ前記駆動波長は、前記中心波
長から約±5〜30nmの範囲にあることを特徴とする請求項18記載の増幅器。19. The long wavelength region of the emission spectrum is a band of about 1565 to about 1615 nm, the center wavelength is about 980 nm, and the driving wavelength is about ± 5 to 30 nm from the center wavelength. 19. The amplifier according to claim 18, wherein:
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